BIOS，MBR与grub-我从哪里来

计算机运行起来后，一切都很正常，并且很多理论你都可以在很多资料上学到，然而，一切是如何开始的呢？开始意味着诞生，生活是乏味的，然而诞生一个生命却是需要十月怀胎的，一个生命总是在充满激情与畅想的十月之后诞生的，计算机的运行也不例外，在计算机中，对于运行而言最重要的东西其实不是操作系统，也不是应用程序，而是BIOS或者类似的东西，它里面记录着一张拓扑图，这张拓扑图描述了计算机的硬件是如何连接在一起的-比如网卡芯片在第几条pci总线上，以及各个硬件是如何配置的-比如时钟的值或者启动顺序，有了这张图，以后的操作系统才可以在这张图上谱写绚美的华章。在操作系统中，经常要处理与中断相关的信息，每个设备的中断号从哪里来？这些都需要bios对信息的提供，计算机的启动程序存放在哪里？这些信息也需要bios的提供。比方说从ide的第一个磁盘启动操作系统的话，那么系统自然会把执行权力交给ide第一块磁盘中存放的某个程序。为了不同磁盘对不同操作系统的标准化，每个启动磁盘的前512字节被称作MBR。
     mbr中存放了启动程序和该磁盘的分区表，分区表一共描述了4个分区，其中一个分区为可启动分区，mbr中的启动程序的任务就是在分区表中找到这个启动分区，然后将执行权力交给启动分区的引导程序，至于这个引导程序如何做，那就交给操作系统的设计者来完成了，可以直接启动操作系统，也可以在启动操作系统前完成一些别的工作。以上就是标准化的操作系统自举的过程，然而为何必须这么做呢？因为第一，如果不是通过用户的设置，计算机不知道系统存储在哪个外部存储设备上，因此有了bios的启动顺序；第二，即使计算机知道了从第一块磁盘启动，由于磁盘可以有很多分区，它也不知道操作系统在哪个分区，因此就有了磁盘分区表中必须有一个启动分区。
     就是因为计算机太傻，有了上述的两个“不知道”，所以如果解决了这两个不知道，那么就不用在计算机内部设计这么多复杂的所谓的“智能化”了，bios已经解决了第一个计算机不知道的问题，而lilo/grub等bootloader解决了第二个不知道的问题，因此自从有了grub之后，启动操作系统也成了可配置的了，和在bios中配置从特定设备启动计算机一样，在grub中可以配置在哪个磁盘分区启动哪个操作系统，因此grub根本不需要磁盘分区的active标志，一切全部都由用户的配置搞定，之所以拥有分区的active标志，那纯粹是为了操作系统自举时的自动判断启动分区所在时使用。自从有了grub，大家可以放弃很多概念了，比如启动分区之类的。
     说实话，grub等bootlaoder就是一个mini OS，它的作用就是启动另一个real OS，grub的实现比简单的执行mbr的代码，判断哪个分区是启动分区，然后跳转到启动分区这种“自动化的配置”要复杂，这个复杂性主要表现在这个bootloader是可以配置的。如此复杂的代码不可能仅仅占据446字节(512-分区表)的空间，于是grub采用了“跳蛙”战术，从最简单的mbr中的代码加载其后的更大的一点的代码从而可以识别“文件系统”，然后跳转到具体的“文件系统”中，执行grub命令，加载存在于具体“文件系统”中的内核和内存盘，最终启动linux操作系统(启动windows等不直接支持grub的操作，需要显式跳转到windows的启动分区来完成启动)。
     以linux为例，如果启动到了initrd，那么此时肯定已经完成了内核的加载，可以说一个系统已经完全启动完成了，余下来的只是“根”的挂载问题了，对于liveCD之类的系统，到此步就完成了，因此我们的讨论也仅到此步。那么此时的linux还会“记得”它是从那块磁盘的哪个分区加载的吗？答案是不！因为grub的kernel和initrd命令将内核和内存盘从具体的“文件系统”加载到内存，只要完成了此步，内存中就已经有了系统运行的全部信息，此时将所有的磁盘拔下，内核还是会从解压开始到达initrd的执行的，毕竟数据和代码都在内存中，此时内核仅仅是内存中的内核，它是一个全新的执行体，并不知道grub的任何信息，也不知道是谁将它引导起来的(grub和linux内核的解耦合)，内核将丢失所有grub所知道的硬件信息，当然包括磁盘信息，如想知道此时内存中的内核和initrd是从哪一块磁盘的哪一个分区被加载到内存的，不得不从sysfs的block目录中得到更详细的信息，然后遍历所有的磁盘，寻找特征从而加以判断。
     如果我事先做好了一个dom盘，cf卡或者磁盘，然后事后可能将之插入到不同的机器上，鉴于每台机器的ide口的硬连线可能顺序不同，比如在pc1上的ide口是hda，在pc2上或许就是hdb，如果我将grub的配置文件写成root=/dev/hda1那么在pc2上可能就无法启动，如何能做到自适应启动呢？在仅有一块块设备(磁盘)的情况下，我可以在initrd的/init脚本中挂载sysfs在/sys，然后再在/sys/block/下查找唯一的磁盘，然后直接挂载之，然而如果不仅仅有一块磁盘呢？那么一个可选的方法就是在启动磁盘的/下创建一个文件abc(确保唯一性)，然后分别挂载所有的/sys/block下的磁盘，查找/下是否有一个abc的文件...仅此...

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